一种风电机组并网测试装置的制作方法

本申请涉及风机测试技术领域，尤其涉及一种风电机组并网测试装置。

背景技术：

国内曾发生多起因风电机组低电压低穿越、电网适应性能力不足而引起的风机脱网事故，为了避免风机脱网事故的发生，现在常采用试验检测手段保障接入电网的风电机组满足电网的运行要求，降低风电机组/风电场异常脱网的风险，提高含大规模风电场接入的电网安全运行。风电机组的并网测试装置是实现风电机组并网性能测试的关键装备，得到国内外学者和设备厂商的广泛关注。

现有的方案中，一般采用电网扰动发生装置测试风电机组的电网适应性，采用电网故障模拟装置测试风电机组的故障电压穿越能力。其中电网扰动发生装置和电网故障模拟装置，目前一般通过两套装置来单独实现，其设计时相对独立，测试过程中分开测试，导致设备成本高、测试速度慢、效率低。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种风电机组并网测试装置，使得优化测试装置的性能，提高测试效率，降低装置的整体成本，提高装置的可靠性。

有鉴于此，本申请提供了一种风电机组并网测试装置，所述装置包括：

与电网侧相连的电网扰动发生装置；

分别与被测风电机组以及所述电网扰动发生装置相连的电网故障模拟发生装置；

分别与所述电网扰动发生装置以及电网故障模拟发生装置通信连接的测试装置综合监控系统；

所述电网扰动发生装置用于测试所述被测风电机组的电网适应性；

所述电网扰动发生装置和所述电网故障模拟发生装置组合，用于测试所述被测风电机组的故障电压穿越能力；

所述测试装置综合监控系统用于对所述电网扰动发生装置、电网故障模拟发生装置进行状态监测与远程控制。

可选的，所述电网适应性包括风电机组电压偏差适应性、频率偏差适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性、谐波电压适应性。

可选的，所述故障电压穿越能力包括风电机组低电压穿越、高电压穿越和电压连锁故障测试。

可选的，所述电网扰动发生装置包括依次串联的第一断路器、交流/直流/交流电力电子功率变换器以及第二断路器，还包括并联于所述依次串联的第一断路器、交流/直流/交流电力电子功率变换器两端的第一旁路断路器。

可选的，所述交流/直流/交流电力电子功率变换器包括第一联接变压器、与所述第一联接变压器的三相输出相连的三个第一相单元，所述三个第一相单元并联；

还包括第二联接变压器、三个第二相单元以及平波电抗器，所述第二联接变压器的三相输入端分别与三个所述第二相单元连接，所述三个第二相单元之间并联，所述第一相单元连接所述平波电抗器，所述平波电抗器的另一端连接第二相单元。

可选的，所述相单元包括若干子模块。

可选的，所述子模块为半桥型子模块或者全桥型子模块或者箝位型双子模块电路。

可选的，所述电网故障模拟发生装置包括：

所述依次串联的第三断路器、限流电抗以及第四断路器；

并联于所述依次串联的第三断路器、限流电抗以及第四断路器两端的第二旁路断路器。

可选的，所述限流电抗的一端连接第五断路器和第六断路器；

所述第五断路器另一端连接短路电抗，所述短路电抗的另一端接地；

所述第六断路器、升压支路电容以及升压支路电阻依次串联，所述升压支路电阻的另一端接地。

可选的，所述电网侧的输出与所述第一断路器的另一端相连，所述第二断路器的另一端与所述第三断路器的另一端相连，所述第四断路器的另一端连接所述被测风电机组。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种风电机组并网测试装置，包括与电网侧相连的电网扰动发生装置；分别与被测风电机组以及所述电网扰动发生装置相连的电网故障模拟发生装置；分别与所述电网扰动发生装置以及电网故障模拟发生装置通信连接的测试装置综合监控系统；所述电网扰动发生装置用于测试所述被测风电机组的电网适应性；所述电网扰动发生装置和所述电网故障模拟发生装置组合，用于测试所述被测风电机组的故障电压穿越能力；所述测试装置综合监控系统用于对所述电网扰动发生装置、电网故障模拟发生装置进行状态监测与远程控制。

本申请过将电网扰动发生装置和电网故障模拟发生装置进行一体化设计，能够更好优化测试装置的性能，提高测试效率，降低装置的整体成本，提高装置的可靠性。

附图说明

图1为本申请一种风电机组并网测试装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本申请一种风电机组并网测试装置的一个实施例中电网扰动发生装置的电路示意图；

图3为本申请一种风电机组并网测试装置的一个实施例中交流/直流/交流电力电子功率变换器的电路示意图；

图4为本申请交流/直流/交流电力电子功率变换器中子模块的电路示意图；

图5为本申请中电网故障模拟发生装置的电路示意图；

图6为本申请中电网扰动发生装置与电网故障模拟发生装置的连接示意图；

图7为本申请中并网测试装置的主电路参数设计方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为一种风电机组并网测试装置的一个实施例的结构示意图，如图1所示，图1中：

与电网侧相连的电网扰动发生装置。

需要说明的是，电网扰动发生装置可以包括依次串联的第一断路器、交流/直流/交流电力电子功率变换器以及第二断路器，还包括并联于所述依次串联的第一断路器、交流/直流/交流电力电子功率变换器两端的第一旁路断路器。其中交流/直流/交流电力电子功率变换器是一种可以实现交流/直流/交流两级变换的多电平功率变换器，具体如图2所示，其中断路器qf11为第一断路器，断路器qf12为第二断路器，旁路断路器qf13为第一旁路断路器。

在一种具体的实施方式中，图3是其中一种基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，mmc)的实现方案。其中，交流/直流/交流电力电子功率变换器可以包括：第一联接变压器、与第一联接变压器的三相输出相连的三个第一相单元，三个第一相单元并联；还包括第二联接变压器、三个第二相单元以及平波电抗器，第二联接变压器的三相输入端分别与三个第二相单元连接，所述三个第二相单元之间并联，第一相单元连接所述平波电抗器，平波电抗器的另一端连接第二相单元。图3中左侧的联接变压器为第一连接变压器，与第一连接变压器相连的相单元为第一相单元；图3中右侧的联接变压器为第二连接变压器，与第二连接变压器相连的相单元为第二相单元。还需要说明的是，电网扰动发生装置的交流/直流/交流电力电子功率变换器，不限于图3所述的模块化多电平结构，只要能够实现风电机组的电网适应性测试功能，所有能够实现交流/直流/交流功率变换功能的电力电子功率变换器电路都可以替代。

在一种具体的实施例中，交流/直流/交流电力电子功率变换器中的相单元包括若干子模块，子模块可以为半桥型子模块或者全桥型子模块或者箝位型双子模块电路。具体如图4所示，图4(a)为半桥型子模块，图4(b)为全桥型子模块，图4(c)为箝位型双子模块电路。

分别与被测风电机组以及电网扰动发生装置相连的电网故障模拟发生装置。

需要说明的是，电网故障模拟发生装置可以包括：依次串联的第三断路器、限流电抗以及第四断路器；并联于依次串联的第三断路器、限流电抗以及第四断路器两端的第二旁路断路器。限流电抗的一端连接第五断路器和第六断路器；第五断路器另一端连接短路电抗，短路电抗的另一端接地；第六断路器、升压支路电容以及升压支路电阻依次串联升压支路电阻的另一端接地。其中断路器qf21为第三断路器，断路器qf22为第四断路器，断路器qf24为第五断路器，断路器qf25为第六断路器，旁路断路器qf23为第二旁路断路器。电网故障模拟发生装置的主电路结构如图5所示。

在电网故障模拟发生装置的电路中限流电抗、短路电抗、升压支部电容的参数设计最关键，也最为复杂，主要原因是电网侧的短路容量参数在不同测试环境中差异很大，有些风电场在边远地区，系统较弱，短路容量可能只有几十mva，而有些风电场所接入的系统较强，短路容量可能达到好几百mva。因此，在测试风电机组的故障电压穿越能力时，同时接入电网扰动发生装置和电网故障模拟发生装置，如图6所示，由于电网故障模拟发生装置与电网之间通过电网扰动发生装置来连接，电网扰动发生装置的交流/直流/交流电力电子功率变换器实现了电网与电网故障模拟发生装置之间的隔离，即交流/直流/交流电力电子功率变换器对电网故障模拟发生装置而言，可以视为短路容量固定的电压源，电网故障模拟发生装置将不再受到电网侧短路容量的影响，从而大大简化了电网故障模拟发生装置的限流电抗、短路电抗、升压支部电容的参数设计。

在一种具体的实施例中，电网侧的输出与第一断路器的另一端相连，第二断路器的另一端与第三断路器的另一端相连，第四断路器的另一端连接被测风电机组。

分别与电网扰动发生装置以及电网故障模拟发生装置通信连接的测试装置综合监控系统。

需要说明的是，测试装置综合监控系统可以实时监测电网扰动发生装置以及电网故障模拟发生装置中的电信号，并能根据电信号进行分析，对电网扰动发生装置以及电网故障模拟发生装置进行远程控制。

电网扰动发生装置用于测试被测风电机组的电网适应性。

需要说明的是，电网扰动发生装置可以设计与电网侧与电网故障模拟发生装置之间，用于隔离电网侧与电网故障模拟发生装置，同时可以用于测量风电机组的适应性。电网适应性可以包括风电机组电压偏差适应性、频率偏差适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性、谐波电压适应性。

电网扰动发生装置和电网故障模拟发生装置组合，用于测试被测风电机组的故障电压穿越能力。

需要说明的是，电网扰动发生装置和电网故障模拟发生装置进行组合组合，通过将电网扰动发生装置和电网故障模拟发生装置一体化设计，能够更好优化测试装置的性能，提高测试效率，降低装置的整体成本，提高装置的可靠性。故障电压穿越能力可以包括风电机组低电压穿越、高电压穿越和电压连锁故障测试。

测试装置综合监控系统用于对电网扰动发生装置、电网故障模拟发生装置进行状态监测与远程控制。

需要说明的是，测试装置综合监控系统可以与电网扰动发生装置和电网故障模拟发生装置进行通信连接，并且测试装置综合监控系统的输入端接口可以连接到电网侧与电网扰动发生装置之间，测试装置综合监控系统的输出端接口可以连接到被测风电机组与电网故障模拟发生装置之间，实现对电网扰动发生装置、电网故障模拟发生装置的状态监测与远程控制。

本申请通过将电网扰动发生装置和电网故障模拟发生装置进行一体化设计，能够更好优化测试装置的性能，提高测试效率，降低装置的整体成本，提高装置的可靠性。

在本申请中还包括对并网测试装置的主电路参数设计方法，可参考图7。其具体包括：根据并网测试装置需要测试的风电机组类型、最大容量，以及电网适应性测试功能和性能指标要求设计电网扰动发生装置主电路参数，同时计算出电网扰动发生装置输出端的短路阻抗参数。并网测试装置需要测试的风电机组类型和最大容量、电网扰动发生装置输出端的短路阻抗参数，以及故障电压穿越能力测试功能和性能指标要求，设计电网故障模拟发生装置主电路参数。可以根据电网扰动发生装置主电路参数和电网故障模拟发生装置主电路参数，最终得到一体化风电机组并网测试装置的主电路参数。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。